近日，信息科學技術學院張海霞教授課題組在高性能納米發電機研究中取得重要進展，提出了一種應用於生物醫學微系統供能的倍頻高輸出納米發電機。該納米發電機基於摩擦生電原理，通過采用微納復合結構的表面材料和“三明治”結構，成功克服了傳統納米發電機輸出性能不高的缺陷，其輸出電壓高達465V，輸出電流為107.5μA，功率密度為53.4mW/cm3，且具有倍頻效果。利用該新型納米發電機，無需任何外接電路，即可成功驅動5個並聯商用LED工作並成功用於驅動視網膜神經假體針尖陣列。基於該研究成果，以博士研究生張曉升和韓夢迪作為共同第一作者的論文發表在《納米快報》（Nano Letters）上。

 

“三明治”的新型微納復合結構 能源問題是亟待解決的世界性難題之一，應用於微系統的納米發電機出現伊始就在世界範圍內受到廣泛關註。張海霞課題組首次將微納復合結構引入納米發電機，極大地提高了有效摩擦面積，從而顯著提高了器件輸出性能。該研究工作還創新性地提出了“三明治”新型結構，使得器件在單次外力作用下，可以實現兩次有效摩擦（即兩次摩擦和兩次分離），從而實現了具有倍頻效果的納米發電機，成功地提高了發電機的輸出功率密度；為驗證其在生物醫學中的應用，張海霞教授與李誌宏教授、王瑋副教授課題組合作，將此納米發電機在磷酸鹽緩沖（PBS）溶液中成功驅動了視網膜神經假體針尖陣列，電流達88μA。此外，該研究工作還對其工作原理進行了闡釋和分析、系統性研究了頻響特性、微納表面形貌對性能的影響，並利用有限元分析法對其工作狀態進行了仿真。審稿人認為該研究工作具有高度創新性，對納米發電機的發展具有重要意義。

編輯：Moo